Реологические свойства консистентных смазок

  Реологические свойства и применение консистентных смазок

Консистентные смазки представляют собой минеральные масла , загущенные мылами и техническими твердыми углеводородами В зависимости от природы и концентрации загустителя реологические свойства смазок могут изменяться в широких пределах. Большинство из них обладает пределом текучести и относится к пластичным телам, но изготовляются также жидкие малозагу-щенные смазки. В литературе часто отождествляют консистентные смазки с пластичными и рассматривают способность сохранять свою форму при комнатной температуре в качестве характерного признака этой группы нефтепродуктов. Д. С. Великовский считает основным классификационным признаком, определяющим консистентные смазки, наличие аномальной вязкости, обусловленной структурообразованием загустителя. Такой признак охватывает пластичные и жидкие (псевдопластичные) смазки.

В зависимости от характера применения консистентные смазки делятся на следующие пять групп ) антифрикционные, снижающие трение и износ; 2) протекционные (предохранительные), защищающие поверхность металла от коррозии; 3) фрикционные, предотвращающие скольжение; 4) уплотнительные (герметизирующие) и 5) диспергирующие, облегчающие обработку и приработку поверхностей.

Реологические свойства определяют эксплуатационные качества и область применения всех смазок; лишь для диспергирующих смазочно-охлаждающих жидкостей они имеют второстепенное значение Подавляющее большинство смазок относится к первым двум группам1, и в дальнейшем мы ограничимся рассмотрением антифрикционных и защитных смазок.

А. Реологические свойства и применение антифрикционных смазок

Антифрикционные смазки применяют для смазки тяжело-нагруженных и тихоходных трущихся деталей, нагретых поверхностей, на которых минеральное масло не удерживается вследствие высокой температуры, и в тех случаях, когда необходимо предохранить поверхности трения от коррозии и абразивного износа в запыленном и влажном воздухе. В зависимости от условий эксплуатации консистентные смазки могут подвергаться всем основным видам деформаций. В роликовых и шариковых подшипниках смазки работают на сдвиг, в подшипниках скольжения — на сдвиг и растяжение, в шестеренных и червячных парах — на сдвиг, растяжение и сжатие. В соответствии с этим требования к механическим свойствам смазок более разнообразны и специфичны, чем к смазочным маслам. Однако соотношение между параметрами механических свойств и поведением смазок в эксплуатации еще мало исследовано; в настоящее время даже не существует специальных методов для исследования чистого растяжения и сжатия смазок. По этой причине значение отдельных механических свойств может оцениваться только качественно.

При смазке скользящих твердых поверхностей антифрикционные смазки, как и смазочные масла, заменяют сухое трение металла своим внутренним трением. Гидродинамическая теория смазки, разработанная для жидких смазочных материалов, неприменима к консистентным смазкам, так как они не являются жидкостями.

Предел текучести консистентных смазок приводит к тому, что их влияние на статическое трение существенно отличается от воздействия на динамическое трение. Тангенциальный сдвиг твердой поверхности, смазанной консистентной смазкой, начинается при нагрузках, превышающих предельное напряжение сдвига смазки. Впрочем возможен сдвиг с весьма малой скоростью и ниже этой точки, но он не имеет практического значения в смазочном деле.

Проведенные автором исследования трения стали по стали, смазанной наиболее простой консистентной смазкой —минеральным маслом, загущенным церезином, показывают, что при малых нормальных нагрузках коэфициент статического трения в первую очередь зависит от предельного напряжения сдвига, а при больших нагрузках — от остаточной вязкости смазки. Предельное напряжение сдвига сказывается на коэфициенте динамического трения только при малой скорости сдвига, в то время как увеличение остаточной вязкости приводит к повышению трения при всех скоростях.

Высокое статическое трение консистентных смазок может создавать значительные трудности при запуске машин. По этой причине во многих случаях пользуются смазками с возможно меньшим пределом текучести, например, для коробок скоростей и диференциа-лов автомобилей , для механизмов, приводимых в движение маломощными двигателями, и т. д.

Способность смазки обеспечивать динамическое трение, зависящее от вязкости, а не от предела текучести, является весьма существенным их достоинством. В движущихся механизмах они работают как обычные смазочные масла, а при остановках вследствие предела текучести не стекают и не выжимаются из зазора мевду трущимися поверхностями.

Чтобы консистентная смазка сохранялась на поверхности трения после работы под высокими нагрузками, они должны обладать высоким сопротивлением нормальным нагрузкам или малым временем восстановления сопротивления деформации. Последнее определяет эксплуатационное значение тиксотропии смазок.

У консистентных смазок не удается установить такой отчетливой зависимости трения и износа смазанных поверхностей от реологических свойств смазок, как у минеральных масел. Для предотвращения задиров смазки, работающие в условиях высоких нагрузок, должны обладать высокой остаточной вязкостью, для чего целесообразно готовить их из высоковязких масел.

Вместе с тем наличие мыла в смазке увеличивает сопротивление смазочного слоя нормальным нагрузкам независимо от вязкости масла. Д. С. Великовский указывает, например, что предельная нагрузка, которую может выдержать пленка стандартного солидола в машине Тимкена, равна 16—18 кГ, в то время как у исходного минерального масла эта величина равна 6-—10 кГ. Это дает возможность изготовлять мыльные антифрикционные смазки из минеральных масел средней и даже малой вязкости. Тем не менее нагрузки и скорости взаимного сдвига трущихся деталей являются важными факторами, определяющими требования к вязкости исходного масла.

Смазки для подшипников качения должны обладать антифрикционными и защитными свойствами. Коэфициент трения шариковых и роликовых подшипников очень низок (0,002—0,005), и главное назначение смазки сводится к сохранению его на том уровне, который свойственен подшипнику без смазки. Для этого необходимо предохранить подшипник от коррозии и абразивного износа. В раде случаев трение качения рассматриваемых подшипников сопровождается трением скольжения, что определяет требования к антифрикционным свойствам смазок.

Таким образом, от смазок для подшипников качения требуется, чтобы они не выдавливались из зазоров между трущимися поверхностями и одновременно оказывали бы малое сопротивление движению. Г. В. Виноградов и В. П. Павлов считают, что этому требованию в наилучшей степени будут удовлетворять те смазки, у которых зависимость градиента скорости течения от напряжения возможно бдлыпая или соответственно кривые вязкость — скорость сдвига наиболее крутые. У таких смазок внутри подшипников, где скорости и нагрузки велики, вязкость мала, а у края подшипника, где напряжение относительно мало, вязкость велика, что препятствует их вытеканию. Недавно установлена прямая связь между вязкостью смазок и их поведением в подшипниках качения.

К смазкам, применяемым для скользящих подшипников, шестерен, червяков и некоторых других деталей, практика предъявляет требование растягиваться между взаимно сменяющимися поверхностями (давать усы). Это свойство обеспечивает хорошую прилипаемость смазки к металлу и способствует его защите от коррозии. При деформации таких смазок напряжение расходуется не только на сдвиг, но и на растяжение, поэтому они обусловливают более высокое трение, чем нерастягивающиеся, гладкие смазки. Растягивающиеся смазки не пригодны для подшипников качения и деталей, к которым приложены небольшие сдвиговые усилия^

Подача консистентных смазок к гнездам трения по мазепрово-дам является более сложной задачей, чем прокачивание минеральных масел. Для обеспечения хорошего питания смазкой, особенно через длинные коммуникации, желательно, чтобы предельное напряжение сдвига было мало и остаточная вязкость невысока. Первое имеет преобладающее значение для чашечных масленок, второе —для смазочных систем с принудительным нагнетанием. Испытания двух кальциевых смазок равной пенетрации, приготовленных на маслах разной вязкости Еб0 = 2,9 и Е50 = 6,7, показали, что расход первой через трубу, нагнетаемую шестеренчатым насосом, на 35% выше, чем расход второй. Тиксотропное разжижение и восстановление сопротивления деформации являются благоприятными факторами при прокачивании смазок.

Зависимость реологических свойств антифрикционных смазок от температуры имеет существенное значение для их применения. Как правило, требуется, чтобы смазки сохраняли возможно более постоянную консистенцию во всем интервале рабочих температур, т. е. обладали бы пологой температурной кривой вязкости и предельного напряжения сдвига. В большинстве случаев на практике температура каплепадения смазок выше интервала рабочих температур. Смазки, работающие при температурах, близких к температуре каплепадения или даже выше нее, изготовляются из возможно более вязких масел. В противоположность этому смазки, работающие при низких температурах, изготовляются из маловязких масел, для того чтобы они обладали не слишком высокими предельным напряжением сдвига и вязкостью,

Важным эксплуатационным свойством смазок является стабильность сопротивления деформации под нагрузкой во времени и отсутствие тиксолабильности .